은하 거주 가능 구역

천체 생물학과 행성 천체물리학에서 은하 거주 가능 구역은 생명체가 발달할 가능성이 가장 높은 은하의 지역이다.은하 거주 가능 구역의 개념은 금속성(수소와 헬륨보다 무거운 원소의 존재)과 초신성 등 주요 재난의 속도와 밀도 등 다양한 요인을 분석, 이를 이용해 은하계의 어느 지역이 지상 행성을 형성할 가능성이 더 높은지, 초기에는 단순한 생명체가 생성되고 p가 생성되는지를 계산한다.이 생물이 진화하고 진보하기에 적합한 환경을 회전시킨다.^[1]2015년 8월에 발표된 연구에 따르면, 매우 큰 은하들은 은하수와 같은 작은 은하보다 거주할 수 있는 행성의 탄생과 개발을 더 선호할 수 있다.^[2]은하수의 경우 은하계 거주 가능 구역은 일반적으로 외부 반지름이 약 10킬로파섹(3만 3천 리)이고 은하중심(두 반지름 모두 단단한 경계가 부족한 상태)에 가까운 내반경(두 반지름 모두 단단한 경계가 부족한 상태)으로 여겨진다.^[1][3]

은하 거주 지역 이론은 은하의 지역을 생명체의 출현에 유리하게 만드는 요인을 정확하게 계량화하지 못해 비판을 받아왔다.^[3]또한, 컴퓨터 시뮬레이션은 별들이 은하 중심 주위를 도는 궤도를 크게 바꿀 수 있다는 것을 시사한다. 따라서, 어떤 은하계는 다른 은하계보다 반드시 더 많은 생명을 지탱하고 있다는 관점의 최소한 일부에 도전한다.^[4][5][6]

배경

항성 거주 가능 구역에 대한 생각은 1953년 휴베르투스 슈트루홀드와 할로우 샤플리에^[7][8] 의해 도입되었고 1959년 수슈 황에^[9] 의해 궤도를 선회하는 행성이 표면에 물을 유지할 수 있는 항성 주위의 지역으로 도입되었다.1970년대부터 행성 과학자들과 우주 생물학자들은 가까운 초신성이 생명체의 발달에 미칠 수 있는 영향을 포함하여 생명의 생성과 유지에 필요한 다양한 다른 요소들을 고려하기 시작했다.^[10]1981년, 컴퓨터 과학자 짐 클라크는 은하계에 외계 문명의 명백한 부족은 세이페르트 형태의 활성 은하핵 폭발로 설명될 수 있을 것이라고 제안했고, 지구만 은하 내 위치 때문에 이 방사능으로부터 면제되었다.^[11]같은 해에 월리스 햄튼 터커는 은하계 거주성을 보다 일반적인 맥락에서 분석했지만, 이후 그의 제안들을 대체했다.^[12]

현대 은하 거주 가능 지역 이론은 L.S에 의해 1986년에 도입되었다.마로치닉과 L.M.이 지역을 지적 생명체가 번성할 수 있는 지역으로 규정했던 러시아 우주연구소의 묵힌.^[13]도널드 브라운리(Donald Brownlee)와 팔래온트학자인 피터 워드는 2000년 저서 희토류: 왜 복잡한 생명체가 우주에서 흔하지 않은가.^[14]그 책에서 저자들은 은하계 거주 가능 구역, 그 중에서도 지적 생명체가 우주에서 흔히 일어나는 일이 아니라고 주장하기 위해 은하계 거주 가능 구역을 이용했다.

은하계 거주 가능 구역의 아이디어는 워드와 브라운리가 워싱턴 대학의 기예르모 곤잘레스와 협력하여 2001년에 발표한 논문에서 더욱 발전되었다.^[15][16]그 논문에서 곤잘레스, 브라운리, 워드는 은하광선 근처의 지역은 거주할 수 있는 지구 행성을 생산하는 데 필요한 더 무거운 원소가 부족할 것이며, 따라서 은하 거주 가능 구역의 크기에 대한 외적인 한계를 만들 것이라고 말했다.^[10]그러나 은하 중심부에 너무 가까이 있는 것은, 그렇지 않으면 거주할 수 있는 행성을 수많은 초신성 및 기타 정력적인 우주 사건에 노출시킬 뿐만 아니라, 숙주별의 오트 구름의 동요에 의해 야기되는 과도한 유성 영향까지 노출시킬 것이다.따라서 저자들은 은하계 돌출부 바로 바깥에 위치한 은하계 거주 가능 구역에 대한 내부 경계를 설정했다.^[10]

고려 사항.

은하 내 위치를 은하 거주 가능 구역의 일부로 식별하기 위해서는 다양한 요소들이 설명되어야 한다.여기에는 항성과 나선팔의 분포, 활성 은하핵의 유무, 생명체의 존재를 위협할 수 있는 인근 초신성의 빈도, 그 위치의 야금성, 기타 요소 등이 포함된다.^[10]이러한 요소들을 충족시키지 않으면 은하 한 지역은 효율적으로 생명을 창조하거나 유지할 수 없다.

화학 진화

항성 주위에 생명체가 존재하기 위한 가장 기본적인 요건 중 하나는 항성이 그것을 지탱하기에 충분한 질량의 지상 행성을 생산할 수 있는 능력이다.철, 마그네슘, 티타늄, 탄소, 산소, 실리콘 등 다양한 원소들이 거주할 수 있는 행성을 생산하는데 필요하며, 이것들의 농도와 비율은 은하계 전체에 걸쳐 다양하다.^[10]

가장 일반적인 벤치마크 원소 비율은 [Fe/H]로, 지구 행성을 생산하는 은하 지역의 성향을 결정하는 요인 중 하나이다.은하 중심에서 가장 가까운 은하 영역인 은하 돌출부는 태양의 비율( -1이 될 경우)에 비례하여 -0.2 소수점 지수 단위(덱스)로 정점을 이루는 [Fe/H] 분포를 가지고 있다.½10 그러한 야금성); 국부 암의 국소 섹터가 있는 씬 디스크는 은하 중심 주위의 태양의 궤도 거리에서 평균 -0.02 덱스의 야금성을 가지며, 궤도 거리 킬로파르초의 추가 킬로파르초마다 0.07 덱스를 감소시킨다.확장된 두꺼운 디스크는 평균 [Fe/H]가 -0.6 덱스인 반면, 은하 중심에서 가장 멀리 떨어져 있는 영역인 후광은 약 -1.5 덱스로 가장 낮은 [Fe/H] 분포 피크를 가진다.^[10]또한 [C/O], [Mg/Fe], [Si/Fe], [S/Fe]와 같은 비율은 은하계의 한 지역이 거주할 수 있는 지구 행성을 형성할 수 있는 능력과 관련이 있을 수 있으며, 이 중 [Mg/Fe]와 [Si/Fe]는 시간이 지남에 따라 서서히 감소하고 있어 미래의 지구 행성이 더 큰 철심을 소유할 가능성이 높다는 것을 의미한다.^[10]

지구 행성 질량을 구성하는 다양한 안정 원소의 특정 양 외에도 K, U, U, Th와 같은 방사성핵종이 풍부해야 플레이트 텍토닉, 화산, 지자기 발전기 등 지구 내 및 전력 수명을 유지하는 과정을 가열할 수 있다.^[10][U/H]와 [Th/H] 비율은 [Fe/H] 비율에 따라 달라지지만 기존 데이터로는 K의 풍요를 위한 일반 함수를 만들 수 없다.^[10]

내부를 가열하기에 충분한 방사성 동위원소가 있는 거주 가능한 행성에서도, 생명체를 생산하기 위해서는 다양한 사전 생물학적 분자들이 필요하다. 따라서, 은하계에서 이러한 분자들의 분포는 은하 거주 가능 지역을 결정하는데 중요하다.^[13]사만다 블레어와 동료들의 2008년 연구는 은하수 전역에 흩어져 있는 다양한 거대 분자 구름에서 포름알데히드와 일산화탄소 배출량을 분석하는 방법으로 은하 거주 가능 구역의 바깥쪽 가장자리를 결정하려고 시도했지만, 그 데이터는 확정적이거나 완전하지는 않다.

높은 금속성은 지상 외행성 생성에 이로운 반면, 과도한 양은 생명체에 해로울 수 있다.과도한 야금성은 특정 시스템에 다수의 가스 거인이 형성될 수 있으며, 이는 이후 시스템의 서리선을 넘어 뜨거운 주피리터가 되어 시스템의 거주 가능 구역에 위치했을 행성을 교란시킬 수 있다.^[17]따라서, 골디락스 원리는 금속성에도 적용되는 것으로 밝혀졌다; 저금속성 시스템은 지구-질량 행성을 형성할 확률은 전혀 낮은 반면, 과도한 금속성은 다수의 가스 거인을 발생시켜 시스템의 궤도역학을 교란시키고 지구 행성 i의 거주성을 변화시킨다.시스템에

재앙적 사건

별은 생명체의 발전에 화학적으로 유리한 은하 지역에 있을 뿐만 아니라, 다른 곳에 거주할 수 있는 행성에서 생명체를 손상시킬 수 있는 잠재력을 가진, 과도한 수의 재앙적인 우주적 사건도 피해야 한다.^[17]예를 들어, 근처의 초신성은 행성의 생명체를 심각하게 해칠 수 있는 잠재력을 가지고 있다; 과도한 빈도로, 그러한 재앙적인 폭발은 은하계 전체 지역을 수십억 년 동안 살균할 수 있는 잠재력을 가지고 있다.예를 들어, 은하계의 돌출부는 초고속 항성 형성의 초기 파동을 경험했고,^[10] 50억년 동안 그 지역을 거의 완전히 생명체가 살 수 없게 만들었던 초신성의 폭포를 촉발시켰다.

초신성 외에도 감마선 폭발,^[18] 과도한 양의 방사선, 중력 섭동^[17] 및 다양한 다른 사건들이 은하 내 생명체의 분포에 영향을 미치기 위해 제안되었다.여기에는, 논란의 여지가 있는 "은하 조수"와 같은 제안들이 포함되어 있는데, 이 제안들은, 이 제안들이 잠재적으로 행성 충돌이나 심지어 생물체를 통과하는 암흑 물질의^[18] 차가운 몸체를 유도하고 유전적 돌연변이를 유발할 수 있다.^[19]그러나 이러한 많은 사건의 영향은 계량화하기가 어려울 수 있다.^[17]

은하 형태학

은하의 다양한 형태학적 특성은 거주가능성에 대한 그들의 잠재력에 영향을 줄 수 있다.예를 들어 나선팔은 항성 형성의 위치지만, 그것들은 별의 오트 구름을 동요시킬 수 있는 수많은 거대한 분자 구름과 고밀도의 별들을 포함하고 있어 혜성과 소행성의 눈사태를 더 멀리 있는 어떤 행성에도 보낸다.^[20]또한, 항성의 높은 밀도와 거대한 항성 생성 속도가 너무 오랫동안 나선팔 안에서 공전하는 어떤 항성도 초신성 폭발로 노출될 수 있어 생명체의 생존과 발전에 대한 전망을 떨어뜨린다.^[20]이러한 요소들을 고려할 때, 태양은 나선팔 바깥쪽에 있을 뿐만 아니라 나선팔 교차 사이의 간격을 최대화하면서 원곡선 근처를 공전하기 때문에 은하 내에 유리하게 배치된다.^[20][21]

나선팔은 또한 행성에 기후 변화를 일으킬 수 있는 능력을 가지고 있다.은하 나선팔의 촘촘한 분자구름을 통과하면 항성 바람은 공전하는 행성의 대기에 반사 수소층이 축적될 정도로 뒤로 밀려나 어쩌면 눈덩이 같은 지구 시나리오로 이어질지도 모른다.^[6][22]

은하계 막대는 은하계 거주 가능 구역의 크기에 영향을 미칠 수 있는 잠재력을 가지고 있다.은하계 막대는 시간이 지남에 따라 성장한다고 생각되며, 결국 은하의 산호반경에 도달하여 이미 그곳에 있는 별들의 궤도를 뒤틀리게 된다.^[21]예를 들어, 우리 태양과 같은 고금속성 별들은 저금속성 은하광 후광과 고방사성 은하중심 사이의 중간 위치에서 은하계 전체에 흩어져 은하 거주 가능 구역의 정의에 영향을 줄 수 있다.이 때문에 은하계 거주 가능 구역을 제대로 규정하는 것이 불가능할 수 있다는 의견이 제기되었다.^[21]

경계

곤잘레스, 브라운리, 워드의 2001년 논문을 포함한 은하 거주 가능 구역에 대한 초기 연구는 특정 경계선을 명시하지 않았으며, 단지 그 구역이 금속으로 농축되고 과도한 방사선을 면한 은하의 지역을 포괄하는 환원지대였으며, 그 거주 가능성이 앞으로 더 높을 것이라고만 명시했다.은하의 얇은 ^[10]원반그러나 2004년에 라인위버와 동료들에 의해 수행된 이후 연구는 은하 중심에서 7 kpc에서 9 kpc에 이르는 은하계의 경우 이 고리에 대한 경계를 만들었다.

라인위버 팀은 시간과 관련하여 은하 거주 가능 구역의 진화를 분석했는데, 예를 들어, 은하 폭발물에 가까운 별들이 거주 가능한 행성을 가지기 위해서는 약 20억 년의 시간 범위 내에서 형성되어야 한다는 것을 발견했다.^[17]그 창문이 열리기 전에, 은하계 폭발 별들은 빈번한 초신성 사건으로부터 생명력을 유지하는 행성을 갖는 것을 막을 수 있을 것이다.그러나 초신성 위협이 가라앉은 후에 은하핵의 금속성이 증가하면 결국 항성계를 불안정하게 하고 항성의 거주 가능 지역에 위치한 어떤 행성의 궤도를 근본적으로 바꿀 수 있는 잠재력을 가지고 있는 많은 수의 거대한 행성이 존재할 것이라는 것을 의미한다.^[17]그러나 2005년 워싱턴대에서 실시한 시뮬레이션에서는 뜨거운 주피터가 있어도 지구 행성은 오랜 시간 동안 안정된 상태를 유지할 수 있다는 것을 보여준다.^[23]

밀라노 치르코비치와 동료들의 2006년 연구는 은하 역학의 근본적인 세속적 진화뿐만 아니라 다양한 재앙적 사건들을 분석하면서 시간에 의존하는 은하 거주 가능 구역의 개념을 확장시켰다.^[18]이 논문은 재앙적 사건의 예측 불가능한 타이밍으로 인해 시간에 따라 거주 가능한 행성의 수가 크게 변동할 수 있으며, 이로 인해 다른 행성에 비해 거주 가능한 행성이 어떤 때는 더 가능성이 높은 구두점 평형을 형성할 수 있다고 보고 있다.^[18]연구팀은 은하수의 장난감 모델에 대한 몬테카를로 시뮬레이션 결과를 토대로 완벽한 선형 패턴은 아니지만 시간이 지날수록 거주할 수 있는 행성의 수가 증가할 가능성이 높다는 것을 발견했다.^[18]

후속 연구에서는 은하 거주 가능 구역의 옛 개념에 대한 보다 근본적인 수정을 환상으로서 보았다.2008년 니코스 프란토스의 연구는 초신성에 의한 멸균에서 탈출하는 행성의 확률이 은하 중심에서 약 10 kpc 떨어진 거리에서 가장 높았지만, 내은하에서의 별의 순 밀도는 거주할 수 있는 행성의 수가 가장 많다는 것을 의미한다고 밝혔다.^[3]이번 연구는 2011년 마이클 고완록이 발표한 논문에서 초신성 생존 행성의 빈도를 은하 중심으로부터의 거리, 은하계 평면 위의 높이, 그리고 나이 등의 함수로 계산한 결과, 궁극적으로 은하계 항성의 약 0.3%가 오늘날 복잡한 생명체, 즉 만약 있다면 1.2%의 생명체가 살 수 있다는 사실을 밝혀냈다.e는 적색 왜성들의 조석잠금을 복잡한 생명체의 개발을 배제하는 것으로 간주하지 않는다.^[1]

비판

은하계 거주 가능 구역의 생각은 그것을 창조하는 매개변수는 근사적으로 정의하기 불가능하며, 따라서 은하 거주 가능 구역은 그 자체의 종말이 아니라 생명의 분포를 더 잘 이해할 수 있는 유용한 개념적 도구일 뿐이라는 이유로 니코스 프란토스로부터 비판을 받아왔다.^[3]이러한 이유로 프란토스는 우주와 시간의 특정 지역에 거주할 수 있는 것이 아니라 전체 은하계가 거주할 수 있을 것이라고 제안했다.^[3]게다가, 별들은 은하의 나선 팔을 "달리는" 그들의 원래 궤도에서 수만 광년 떨어져 움직일 수 있기 때문에, 특정한 은하 거주 가능 구역이 한 군데도 없을 수도 있다는 개념을 뒷받침한다.^[4][5][6]2006년 치르코비치가 사용한 메커니즘을 개선한 몬테카를로 시뮬레이션은 2010년 영국 왕립전망대 에든버러의 던컨 포건이 수행했다.실험에서 수집된 데이터는 프란토스(Prantzos)의 개념을 뒷받침하며, 결정적인 결정이 내려지기 위해서는 더 많은 데이터가 필요하겠지만, 은하계에 수백 개의 외계 문명의 가능성을 보여준다.^[24]

참고 항목

참조

외부 링크

Wikimedia Commons의 거주 가능 영역과 관련된 미디어